拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭工作方法
【技術領域】
[0001]拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭工作方法涉及屬于航空及航天技術領域。用于未來空天飛機發動機及空天飛行器發動機。
【背景技術】
[0002]盡管航天飛機比起一次使用的運載火箭前進了一大步，但仍有諸如故障頻繁，費用昂貴等許多不足。而空天飛機與航天飛機不同，它的地面設施簡單，維護使用方便，操作費用低，在普通的大型機場上就能水平起飛和降落，具有一般航線班機的飛行頻率。這種飛機的外型與大型超音速噴氣客機相似，更多地具有飛機的優點。，在大氣層飛行時，充分利用大氣中的氧氣。加之它可以上百次的重復使用，真正實現了高效能和低費用的優點。據估算，用它發射近地衛星費用只有航天飛機的1/5，而發射地球同步衛星費用只需1/10。
【發明內容】
[0003]拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭工作方法簡而言之:頭部小火箭I (是需要液氧進行工作的傳統火箭)啟動后火焰噴射驅動第一套射流吸氣裝置〈內吸氣涵道2 (或、與外吸涵道3)、吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴散管6稱為第一套射流吸氣裝置 >，在燃料加注點10、燃料加注點11加注火箭燃料，在點火處9點火，燃料與空氣在擴散管6的大喇叭口中燃燒，產生的噴射動力驅動第二套射流吸氣裝置(吸氣孔17、外吸氣涵道16、擴散管6、擴散管15稱為第二套射流吸氣裝置)在燃料加注點13、燃料加注點14加注液體、固體燃料及催化劑，在點處18點火，在火箭燃燒室7中燃燒。
[0004]當火箭飛行速度能夠滿足沖壓吸氣條件時，頭部小火箭停止工作，由于火箭飛行的高速度，使迎面過來的空氣被沖壓到內吸涵道2(或、與外吸氣涵道3)外吸氣涵道16中，被沖壓到擴散管6中，與此同時在燃料加注點10及燃料加注點11加注火箭燃料，與空氣混合的燃料經擴散管6進入擴散管15中，與此同時在燃料加注點13及燃料加注點14加注火箭液體、固體火箭燃料及催化劑，空氣經外吸氣涵道16及吸氣孔17被沖壓至擴散管15中，空氣及燃料在此混合，與此同時另一部分空氣被沖壓至兩根沖壓吸氣管19 (開啟這兩根管子上的兩個閥門8，如有需要可在沖壓吸氣管前端加注火箭燃料及設置點火處)，匯入擴散管15的大喇叭口處，用點火處18點火，噴入火箭燃燒室7中燃燒。
[0005]在箭燃燒室7中燃燒的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置(拉瓦爾噴嘴20、真空室21、擴散管22，拉瓦噴嘴爾效應裝置所指的就是這3個部份)，拉瓦爾噴嘴效應火箭的工作原理是依據美國工程師利用拉瓦爾噴嘴，一端建立正壓，另一端建立負壓，使乒乓球達到超聲速擊碎乒乓球拍(見實質審查參考資料的拉瓦爾噴嘴部份)，將此技術用在火箭推進系統中，產生超高聲速火焰氣流，使火箭飛行的速度更快并在飛行中有雙次沖壓吸氣功能及雙次加注火箭燃料，此火箭可以在零速起飛、主動吸氣及加注燃料是靠頭部小火箭(是利用液氫、液氧工作的傳統火箭)驅動射流吸氣裝置完成的，當火箭的速度能夠滿足沖壓吸氣條件時，頭部小火箭I停止工作，進入沖壓吸氣工作方式，進入太空時關閉所有的閥門8，使用傳統液氫及液氧燃燒方式飛行、在太空工作完畢返回大氣層，頭部小火箭再一次點火，啟動拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭返回地面，拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭是可以反復用使的火箭。
【附圖說明】
[0007]圖1是多根內氣涵道拉瓦爾效應疊加沖壓火箭圖，如圖1所示，4根內吸氣涵道2，從頭部小火箭I的前方穿入頭部小火箭I的內部至吸氣室4穿出，第一次吸氣由頭部小火箭驅動第I套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在擴散管6大喇叭口中燃燒，產生的火焰氣流驅動第2套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在火箭燃燒室7中燃燒，當滿足沖壓吸氣條件時，頭小火箭停止工作(可根據飛行測式選擇頭部小火箭是否停止工作)空氣經第I套及第2套射流吸氣裝置(拉瓦爾噴嘴沒有工作)進入，加注火箭燃料，另一部份空氣經沖壓吸氣管19將空氣匯入擴散管15大喇叭口中，點火后進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置，使火箭飛行的更快。
[0008]圖2是多根內吸氣涵道及單根外氣涵道拉瓦爾效應疊加沖壓火箭圖，如圖2所示，4根內吸氣涵道2，從頭部小火箭I的前方穿入內部到外吸氣涵道3穿出(吸氣室4與外吸氣涵道3溶合)，第I次吸氣由頭部小火箭驅動第I套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在擴散管6大喇叭口中燃燒，產生的火焰氣流驅動第2套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，在火箭燃燒室7中燃燒，當滿足沖壓吸氣條件時，頭小火箭停止工作(可根據飛行測式選擇頭部小火箭是否停止工作)空氣經第一套及第2套射流吸氣裝置(拉瓦爾噴嘴沒有工作)進入，加注火箭燃料，另一部份空氣經沖壓吸氣管19匯入擴散管15中，點火后進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置，使火箭飛行的更快。
[0010]圖3是單根外吸氣涵道疊加沖壓火箭圖，如附圖3所示，第一次吸氣由頭部小火箭驅動第I套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在擴散管6大喇叭口中燃燒，產生的火焰氣流驅動第2套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在火箭燃燒室7中燃燒，當滿足沖壓吸氣條件時，頭小火箭停止工作(可根據飛行測式選擇頭部小火箭是否停止工作)空氣經第I套及第2套射流吸氣裝置(拉瓦爾噴嘴沒有工作)進入，加注火箭燃料，另一部份空氣經沖壓吸氣管19將空氣匯入擴散管15大喇叭口中，點火后進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置，使火箭飛行的更快。
[0011]圖4是單根內氣涵道(帶有噴嘴群)疊加沖壓火箭圖，如圖4所示，I根內吸氣涵道2，從頭部小火箭I前方正中央穿入內部到頭部小火箭I尾部正中央穿出，頭部小火箭I尾部拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)，設在內吸氣涵道2周圍的頭部小火箭尾部環形壁上，拉瓦爾噴嘴5(噴嘴群)的火焰噴射以漏斗狀交于一點，計算好交點與擴散管間的距離，漏斗中心會產生真空(類似于液體漩渦原理)稱之為第一次吸氣，第2次吸氣由頭部小火箭驅動第I套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在擴散管6大喇叭口中燃燒，產生的火焰氣流驅動第2套射流吸氣裝置稱之為第3次吸氣，加注火箭燃料，點火后在火箭燃燒室7中燃燒，使火箭飛，當滿足沖壓吸氣條件時，頭小火箭停止工作(可根據飛行測式選擇頭部小火箭是否停止工作)空氣經第I套及第2套射流吸氣裝置(拉瓦爾噴嘴沒有工作)進入，加注火箭燃料，另一部份空氣經沖壓吸氣管19將空氣匯入擴散管15大喇叭口中，點火后進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置，使火箭飛行的更快。
[0012]圖5是多根枝叉樹枝狀內氣涵道疊加沖壓火箭圖，如圖5所示，I根內吸氣涵道2從頭部小火箭I前方正中央穿入內部到頭部小火箭I尾部正中央穿出，另外的四根內吸氣涵道2，由頭部小火箭I前方正中心外側，穿入頭部小火箭I內部，并在頭小火箭I內部交于正中央的內吸氣涵道2上，以樹枝狀結構連接的正中央的內吸氣涵道2上，頭部小火箭I尾部拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)，設在正中央內吸氣涵道2周圍的頭部小火箭I尾部環形壁，拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)的火焰噴射以漏斗狀交于一點，并設置好交點在擴散管的距離(這是產生真空的重要指標)，拉瓦爾噴嘴的火焰以漏斗狀噴射，漏斗中會產生真空(近似流體漩渦)是第一次吸氣，第2次吸氣由頭部小火箭I驅動第I套射流吸氣裝置，加注火箭燃料，點火后在擴散管6大喇叭口中燃燒，產生的火焰氣流驅動第2套射流吸氣裝置稱之為第3次吸氣，加注火箭燃料，點火后在火箭燃燒室7中燃燒，使火箭飛，當滿足沖壓吸氣條件時，頭小火箭停止工作(可根據飛行測式選擇頭部小火箭是否停止工作)空氣經第I套及第2套射流吸氣裝置(拉瓦爾噴嘴沒有工作)進入，加注火箭燃料，另一部份空氣經沖壓吸氣管19將空氣匯入擴散管15大喇叭口中，點火后進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置，使火箭飛行的更快。
[0013]圖6是拉瓦爾效應疊加沖壓火箭的設備及部件名細表。
【具體實施方式】
[0014]疊加沖壓火箭工作方法。其設備部件的組成:頭部小火箭1、內吸氣涵道2 (或、與外吸涵道3)，吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴散管6、火箭燃燒室7、閥門8、點火處9、燃料加注點10、燃料加注點11、內吸氣涵道喇叭口 12、燃料加注點13、燃料加注點這14、擴散管15、外吸氣涵道6、吸氣吼17、點火處18、沖壓吸氣管19、拉瓦爾噴嘴20、真空室21、擴散管22、火箭噴管23、火箭外殼24。
[0015]拉瓦爾效應疊加沖壓火箭工作方法原理，如圖1所示，頭部小火箭I (是需要液氧進行工作的傳統火箭)啟動工作后，驅動第I套射流吸氣裝置(會產生真空，請閱實質審查參考資料噴射器部份)時行第I次吸氣，加注火箭燃料，點火后在火箭燃燒室7中燃燒，當火箭飛行速度能夠滿足沖壓條件時，頭部小火箭停止工作(可根據飛行測式確定頭部小火箭是否停止工作)，大氣層的空氣被沖壓至第I套射流吸氣裝置及第2套射流吸氣裝置，加注火箭燃料及點火后在火箭燃燒室7中燃燒，與此同時另一部分空氣被沖壓至兩根沖壓吸氣管19，匯入擴散管15的大喇叭處，在點火處18點火后，進入火箭燃燒室7中燃燒，根據需要選擇閥門8的啟閉狀態，產生的火焰氣流經拉瓦爾噴嘴20噴入拉瓦爾噴嘴效應裝置(請閱實質審查參考資料拉瓦爾噴嘴部份)，使火箭飛行的更快。
[0016]主動吸氣及加注燃料是靠頭部小火箭I (需要液氧的傳統火箭)驅動兩套射流吸氣裝置完成的，進入太空時關閉所有的閥門8，使用傳統液氫及液氧燃燒方式飛行、在太空工作完畢返回大氣層，頭部小火箭再一次點火，啟動拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭返回地面，此火箭是可以反復使用的火箭。
【主權項】
1.拉瓦爾噴嘴效應疊加沖壓火箭工作方法:由頭部小火箭1、內吸氣涵道2(或、與外吸涵道3)，吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴散管6、火箭燃燒室7、閥門8、點火處9、燃料加注點10、燃料加注點11、內吸氣涵道喇叭口 12、燃料加注點13、燃料加注點這14、擴散管15、外吸氣涵道16、吸氣吼17、點火處18、沖壓吸氣管19、拉瓦爾噴嘴20、真空室21、擴散管22、火箭噴管23、火箭外殼24組成。2.疊加沖壓可理解為:2級沖壓吸氣，多級沖壓吸氣/拉瓦爾噴嘴群火焰以漏斗狀噴射交于一點，漏斗中心產生的負壓/沖壓吸氣管19進氣口處設置燃料加注點/擴散管6大喇叭口一端作為燃料室/在燃料加注點13、燃料加注點14加注火箭燃料及催化劑/在擴散管15中設計的閥門8。3.擴散管6噴出的火焰，為擴散管15點火/設計I根沖壓吸氣管、設計多根沖壓吸氣管/關閉所有的閥門8，使燃燒室7滿足太空飛行的條件8。4.單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------1枚頭部小火箭--------1個吸氣室4--------1個拉瓦爾噴嘴5-------1個燃料加注點10、燃料加注點11------1個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------多枚頭部小火箭--------1個吸氣室4--------1個拉瓦爾噴嘴5-------1個燃料加注點10、燃料加注點11------1個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------多枚頭部小火箭--------多個吸氣室4--------1個拉瓦爾噴嘴5-------1個燃料加注點10、燃料加注點11------1個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------多枚頭部小火箭--------多個吸氣室4--------多個拉瓦爾噴嘴5-------1個燃料加注點10、燃料加注點11------1個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------多枚頭部小火箭--------多個吸氣室4--------多個拉瓦爾噴嘴5-------多個燃料加注點10、燃料加注點11------1個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----------多枚頭部小火箭--------多個吸氣室4--------多個拉瓦爾噴嘴5-------多個燃料加注點10、燃料加注點11------多個擴散管6-----1個外吸氣涵道16、吸氣孔17--------1個燃料加注13、燃料加注點14--------1個點火處18-------1個沖壓吸氣管19---------1個燃燒室7------1個拉瓦爾噴嘴20------1個真空室21----------1個擴散管22-------1個火箭噴管/單根內吸氣涵道(帶拉瓦爾噴嘴群)----